AG600飞机研制中的精准物料协同技术研究
李梅
[摘 要] AG600飞机产品复杂、零部件数量大、制造过程复杂、供应商多，而飞机物料及材料定额信息是研发及制造的基础，其精准性、完整性、在多个环节中的一致性对AG600飞机的研制成功及降低研制成本至关重要。因此，文章从AG600主制造商的总体视角出发，提出了精准物料协同管理方案，采用单一数据源为基础，实现设计物料信息的完整性归集、工艺对物料信息的消耗、工艺中材料定额的管理、物料及材料定额向生产的传递、物料更改全过程管理等，清晰化了物料数据构成、物料协同流程、物料更改流程等，为AG600飞机全机物料信息结构化定义、协同、使用、更改等提供了保障，并通过对突破点进行总结，对未来推进工作提出了展望。
[关键词] 物料；BOM ；物料管理协同；定额；更改贯彻
中图分类号：F253.3 文献标识码：A 文章编号：1674-1722（2021）01-0083-06
飞机产品复杂度高，零部件数量庞大，涉及的参与单位数量多，成本昂贵，并且在研制过程中又存在大量的设计及需求的变更，这对飞机物料在研发、工艺、供应链协作中的管理、信息传递及共享带来了巨大的挑战。在航空制造业企业，PDM、ERP、MES等系统的建设对飞机研制各相关业务环节的数据管理起到了积极的作用，但是目前的信息系统多是从单一部门角度出发解决各自的数据管理和流程协作问题，缺乏从全局和整体的视角考虑飞机物料管理的数据定义、传递和更改一致性保证等问题的完整解决方案，难以对全过程物料管理业务进行优化，从而容易导致多个环节物料信息不一致、更新不及时带来的大量人工比对和采购成本浪费问题。
AG600型飞机是目前世界上在研的最大一款水陆两栖飞机，是国家应急救援体系建设急需的重大航空装备。其研制采用“主制造商-供应商”的大协作模式，充分调动上下游产业链150多家企事业单位及10余所高校共同参与研制。该飞机包括5万多个结构及系统零部件、780多项机载设备、近120万个标准件，产品复杂度高，涉及到的物料数据量大，且变更频繁，在研制过程中的风险投产及正式投产等环节需要提供尽量准确的物料需求，以减少成本浪费。
本文结合AG600型号飞机研制特点，从总装制造的全局视角出发，提出了AG600飞机物料管理及协同方案，对研发端物料完整性信息定义、物料在工艺端的消耗及材料定义、架次定额信息自动提取、更改贯彻等进行了关键业务方案说明，为下游生产环节的标准件定额、主材料及工艺材料定额需求提供准确的依据。
一、国内外飞机物料管理的研究动态
飞机生产及装配需要大量单个部件，很多部件都非常复杂，质量标准严格地规范着每种物料，这些部件又是从众多家供应商中采购而来，部件对最终产品的整体功能及性能体现至关重要。物料管理就是站在飞机研制全过程的角度上考虑问题，使物料表达能够完整、准确、有效，并使其在研发、工艺、生产、采购等不同环节中能够保持物料数据的准确和连续传递，并支持更改后的及时贯彻和数据状态同步，为各个环节提供准确的物料单一数据源。下文对国外、国内先进航空企业物料管理的案例进行简要介绍，作为本文物料管理及协同方案的借鉴。
（一）国外现状
1.波音公司
美国波音公司在1994年就启动了DCAD/MRM（飞机构型定义与控制/制造资源管理）项目，从精简化（Simplification）、现代化（Modernization）和柔性化（Flexibility）三个方面彻底改造原有的技术和生产管理体系结构，建立基于PLM的全新物料信息管理系统，支持飞机构型生成、工艺计划和制造资源管理几大部分内容进行集成、彼此协调并统一管理，并借此实现飞机研制周期缩短50%、出现问题减少50%、成本降低25%，以及较大地提高客户满意程度。整个DCAC/MRM项目系统由5大部分组成：商业需求、产品定义、飞机生产、产品支持和商业资源。其根本目的就是以单一物料数据源为基础，以精简作业流（Tailored Business Streams，TBS）为主线，重新考虑并从根本上精简与飞机构型定义和生产相关的全部过程。
2.空客公司
空客公司一贯重视信息化与业务的紧密融合，并将PLM作为企业发展战略的一个重点内容，由专门的ACE（Airbus Concurrent Engineering）团队负责平台的规划及推广工作。空客公司自20世纪80年代起就开始以A320的研制为背景构建PLM平台环境，至今已经从最初的分散式、异构模式逐步过渡至联邦式和集中方式。Airbus从最新的A350型号开始，采用了统一的PLM服务器，代替原来各个分支机构单独设置PLM服务器的做法，以实现飞机物料单一数据源管理。Airbus在2005年宣布，将PLM部署到Airbus供应链的主要企业中（涉及300余家企业），实现整个供应链的协同工作管理。Airbus的物料管理贯穿于产品全生命周期各个阶段，并通过不同的BOM进行组织和管理，以此作为飞机研制业务支撑的基础。
（二）国内现状
在国内，随着ARJ21、大飞机、MA700等新型号项目的推进，中国商用飞机有限责任公司（COMAC）、中国航空工业第一飞机设计研究院（FAI）、西安飞机制造厂（XAC）、成都飞机设计所、成都飞机制造厂、陕西汉中飞机制造厂、航空工业江西洪都航空工業集团有限责任公司等主制造单位纷纷以型号研制项目为背景，开展了数字化协同研制平台的建设，多家参研单位可以基于该协同虚拟工作环境开展协同工作、数据共享、构型状态管理和控制等，以消除多家参研单位的地域障碍，提高协同效率，确保型号研制的成功。
1. 中国商用飞机有限责任公司
中国商用飞机有限责任公司在吸取ARJ21 CPC平台建设经验的基础上，重点建设了大型客机数字化工程协同研制与产品数据管理平台IDEAL，并将IDEAL平台定位为企业型号数据的信息中枢，并基于该平台打通了从设计、制造到客服的全数字量传递的现代飞机研制生产线，使得C919大型客机研制各方能够在统一的规则、统一的环境下开展研发、试验、制造、客户服务、供应商的全球数字化协同。
在物料管理方面，IDEAL平台主要借鉴空客A380的构型管理方案，围绕单一数据源实现DBOM/EBOM、MBOM、SBOM之间的关联及一体化构型管控，并借此实现了向下游制造环节的准确传递，并支持工程更改后的材料定额更改贯彻。
2. 中航西安飞机工业集团股份有限公司
中航西安飞机工业集团股份有限公司承担的MA700飞机为60至70座级新一代涡桨支线飞机项目。
在MA700飞机研制中，实现了真正意义的唯一数据源，解决了过去数据的冗余存储、不一致，以及数据重构、多平台数据传输与对接不连贯等突出问题，确保工程物料数据的状态在设计、工艺、制造、检验等环节都是唯一状态，理论上完全规避了物料数据状态不一致的问题。
3.主要研究论文
国内航空院所以及高校在飞机物料管理方面进行了很多探索和研究，研究方向主要包括两个方向：
（1）基于BOM的物料体系研究：这类研究主要从研发、工艺角度，对物料的BOM数据定义、BOM视图转换以及数据共享和系统集成技术进行研究[1-6]。
（2）物料需求及材料定额管理：这类研究主要从生产采购及配套需求出发，对标准件、材料等的定额、采购、配送等的相关技术进行研究[7-9]。
二、 AG600飞机物料管理现状及问题
AG600飛机经过了01，02架份的生产过程，在物料管理方面的现状描述如下：
飞机物料主要包括标准件、自制件、成品件、材料等，通飞珠海研发制造基地（以下简称“珠海基地”）作为主制造商，只承担主要的系统件安装及飞机总装，并不承担零部件自制及成品件制造工作。自制类零部件及成品由机体结构供应商和成品供应商通过工作包方式进行承制和交付。因此，围绕通飞自身的装机物料，重点关注标准件及材料的物料需求问题。其中，材料包括主材料和工艺材料。
（一）物料管理现状
1.设计及工艺BOM管理
AG600飞机在01和02架次研制阶段，采用VPM进行EBOM物料管理。其中，标准件在结构树上体现，另外创建单独的EBOM表，EBOM表中除了包括主要的标准件外，还包括R模型中的紧固件及其材料信息，这部分信息主要通过设计师手工维护和管理。
由于VPM系统在飞机构型管理方面的缺陷，导致EBOM数据源存在不规范、不准确的问题，使得01、02架次的PBOM仍然采用线下人工整理的方式进行，PBOM以Excel格式整理，并基于Excel进行工艺路线分工信息的记录。
2. 物料采购需求管理
根据基地制定的型号生产经营计划，生产车间制定具体的生产作业计划，并根据生产作业计划物料配套需要，提出各项物料采购申请。物料采购申请主要包括各类标准件、材料汇总清单，如图1所示。
（1）物料风险采购。为了保障长周期物料供应，将根据型号/项目研制需要，统筹生产计划安排后开展风险采购计划制定工作。风险采购计划输入条件，一般包括研发设计或工艺技术部门提供的长周期物料清单以及项目主管部门下发的启动风险采购的项目工作指令。风险采购计划下达后，将会形成标准件风投清单，随动态更改，通过更改单进行调整。
（2）标准件采购申请[8]。型号研制需用的标准件，均按照《标准件汇总表管理规定》要求，通过标准件汇总表及其更改单进行申请。在工程研制阶段，按照部组件进行单机标准件需求汇总、批产阶段则按照全机标准件需求汇总。
（3）材料采购采购申请[8]。材料采购申请分别按照《主材料定额表》《工艺材料定额表》及相应的更改单提请采购。材料定额的申请类型包括三种类型，单机材料定额、 一次性材料定额、全机材料定额；前两种由使用单位根据需要汇总后提出申请；全机材料定额由特种工艺室等材料定额主管单位汇总后发布。
（二）主要问题
1. 物料基础信息不准确、不完整
（1）在EBOM物料管理中，由于架次有效性管理问题以及临时更改单未体现在BOM中，使得EBOM中的标准件基础信息不准确；
（2）缺乏标准件库，部分标准件为设计师自己画图设计和命名，导致一件多号的问题出现；
（3）R模型中的紧固件信息分散在EBOM表中体现，未体现在EBOM结构树上，使得EBOM上的标准件汇总信息不完整；
（4）缺乏PBOM管理，使得部组件的标准件汇总表由人工进行统计整理，标准件信息存在路线错误、交叉统计等问题。
2. 标准件采购需求数据来源多，不利于采购执行
（1）标准件采购需求由各个系统或部段的工艺人员分别提出，并非以整个需求单位汇总后提出。各个工艺提请的标准件是在设计用量的基础上加入了工艺用 量和理化检验用量，如果同种标准件由多个不同人员分别提请，每个人的工艺用量自定、同批次标准件理化用量额外增加，造成不必要的浪费。
（2）同种标准件分不同工艺人员、不同时段申请，申请之后又通过更改单更改，最后的标准件需求数量容易混乱，同时鉴于生产进度的安排，新提的标准件一般都按紧急需求提请采购，不利于采购人员从全机角度综合考虑采购合同的签订和订单的执行。
3.缺少材料基础数据库，材料采购汇总难度大
（1）材料信息仍然通过工艺人员进行手工汇总，缺乏有效的记录和统计手段，难以保证材料信息的准确性和有效性；
（2）缺乏材料基础库支撑，材料采购需求中存在大量缺失技术标准、计量单位不准确等问题，导致采购汇总难、入厂检验难（缺少技术标准说明）。
三、 总体框架
基于如上描述的AG600飞机01和02架次研制期间产生的物料数据源以及物料采购需求的问题，从总制造商设计、工艺、生产、采购一体化的角度，提出如下的总体框架，实现物料信息及采购需求的全结构化管理和更改贯彻一体化控制，保证物料源头信息的正确性、完整性和物料采购需求的快速生成。该框架的主要描述如图2所示。
（1）统一基础资源库：构建统一的基础资源库，规范化标准件、材料的维护及引用，消除一件多号、基础信息不完整等问题。
（2）标准件规范化及完整性管理：依托基础资源库，实现EBOM的标准件物料规范化管理，并支持R模型结构化提取，形成完整的物料，取消EBOM明细表。
（3）标准件路线定义及定额管理：基于EBOM，實现基于工作包的PBOM重构，支持工艺路线定义以及基于工艺路线的标准件定额信息自动提取，结合标准件风投结构化清单，对单机标准件汇总表数据进行标识，支持全机标准件汇总表的自动统计及重新加权。
（4）材料定额管理：围绕MBOM中的装配方案，可以自动提取该装配方案中所有AO中定义的主材料及工艺材料定额，材料信息来源于统一的基础资源库。支持全机材料定额汇总表的自动统计及重新加权。
（5）生产发放：PBOM、MBOM中的标准件及材料定额数据，将来可以与生产系统集成，自动推送相应的结构化信息，辅助采购计划的快速生成。
（6）更改贯彻：支持工程更改的全过程贯彻，保证物料构型状态的正确性、一致性、有效性和符合性。
四、关键技术方案
（一）基于EBOM及PBOM的标准件定额管理
EBOM主视图，按照机型—ATA章节划分，挂接结构及系统安装CI（DCI）以及功能CI（FCI），是各个专业进行数据产生和组织的物理视图。主视图在逻辑上分为三个层次：顶层结构、构型层、底层结构。其中，构型层之上为上层管理部件，之下为实物部件。三个层次都有明确的构型标识和控制流程，自顶向下的层次之间存在使用和被使用关系。图3 为EBOM物料管理工作界面示意图。
EBOM底层结构通过CATIA三维数模驱动自动生成，在进行CATIA设计时可以调用标准件库中的标准件进行加载，设计师只能引用，不允许自己添加标准件，从而规范化了标准件的编码、规格等基础信息，避免标准件的二义性。CATIA数据检入时，系统可以自动解析R模型数据，并将R模型下的紧固件等信息进行结构化管理。从而实现了基于EBOM的完整物料结构化定义。基于EBOM，可以基于架次、部段统计标准件信息，为标准件风投采购计划提供数据源。标准件风投后，系统可对其风投的标准件信息进行结构化管理，以便在生成单机标准件汇总表时进行是否已风投的信息标识。
以EBOM为基础，围绕工作包进行PBOM组织和设计模块的消耗，标准件在参与工艺会签的过程中，工艺部门将对其进行路线定义，如工艺路线131XXX-131947，代表由供应商采购并承制，最终交付给通飞（131947）。基于PBOM的工作包，签审发布后，负责该工作包的专业数据构型管理工程师可以基于架次创建该工作包的单机标准件汇总表，系统自动根据工艺路线进行过滤，可以自动输出为Excel等格式的单机标准件汇总表。型号标准件定额管理人员可以基于PBOM根节点，按照架次过滤全机标准件汇总表。
在标准件汇总表统计显示时，系统自动与标准件风投清单进行对比，如果已经在风投清单里的标准件，系统自动在汇总表里进行标识。
（二）基于MBOM的材料定额管理
以PBOM为基础，可以重构MBOM，围绕站位、工位进行装配方案设计，形成工艺规程清单（AOL），在AOL下创建结构化装配工艺规程（AO），如图4所示。
基于AO结构化编辑环境，可以查询材料库中的材料，定义每个工序的主材料和工艺材料，并给出用量需求。
基于工位，装配单元负责人可以基于装配方案，按照架次进行单机材料定额汇总清单的生成，系统自动按照架次进行AO过滤，并统计汇总AO中的材料定额信息。
全机材料定额管理员，可以基于MBOM根节点和架次信息，过滤生成全机材料定汇总清单。对于一次性材料定额汇总清单，将以件形式自行在平台新建并编制清单，标识其有效性信息，单独以文件进行控制。
（三）工程更改一体化贯彻
飞机研制是一个动态的过程，物料数据信息将随着工程更改而发生更改，并需要在工艺、生产等环节进行一体化贯彻。为了保证标准件及材料定额数据的准确性，将在工程更改一体化贯彻流程的基础上，增加相应的定额贯彻环节，如图5所示。
（1）标准件定额更改贯彻：ECN驱动PBOM工作包更改时，由各工作包负责人手工在关联文档处创建新的标准文件汇总清单（新编号，非首次汇总清单的升版；编号规则为：ECN编号 + 工作包编号），手工编制ECN在本工作包中特定工艺有效性范围内的标准件差异信息，并随改后的工作包一起提交签审。
（2）材料定额更改贯彻：PBOM驱动MBOM装配方案更改时，由各装配方案负责人在装配方案更改完成后，手工在关联文档处创建新的材料定额汇总清单（新编号，非首次汇总清单的升版），手工编制本次更改贯彻中涉及到的特定工艺有效性范围内的材料定额差异信息，与装配方案分别提交签审。
五、主要突破点
AG600飞机产品复杂，研制周期长，涉及业务部门多，从总制造商内部成本管控的角度，精准的标准件及材料定额管理对降低采购成本、提高基于定额数据的协同效率至关重要。本文结合01、02架次飞机研制过程中标准件及材料定额管理中存在的问题，从设计、工艺、生产一体化的角度，设计了精准物料协同方案，主要突破点总结如下。
（1）建立统一基础资源库，形成标准件及材料的规范化数据基础，有效地解决了一件多号，以及材料牌号和技术标准不明确带来的采购汇总及入厂合格检验等问题。
（2）在研发设计端，通过与CATIA的集成，驱动完整EBOM结构树自动生成及R模型自动解析，实现EBOM物料的完整性及规范化管理，取消EBOM明细表等容易产生二义性的重復数据，为风投提供准确的标准件数据输入。
（3）围绕PBOM，实现基于架次及路线的单机标准件汇总清单、全机标准件汇总清单的自动生成，动态数据仍然围绕PBOM实时生成，标准件汇总清单作为基线进行状态追溯。
（4）围绕MBOM的AO设计，引用材料库基础数据实现材料定额定义，支持基于装备方案或MBOM根节点进行单机/全机材料定额的统计汇总。
（5）基于设计更改一体化贯彻流程，扩展基于PBOM更改的标准件定额更改贯彻流程，以及基于工艺文件更改的材料定额更改贯彻流程，确保工程更改后标准件及材料定额信息的准确、有效、一致。
六、 未来展望
目前，依托AG600协同研制平台二期项目，重点实现了标准件及材料定额在设计及工艺环节的有效协同管控，保证了标准件及材料定额数据的准确性和完整性，为下游生产配套及采购提供了准确的数据源。后续，待珠海基地实施总装制造数字化平台项目时，可以进行两个平台的集成对接，实现标准件及材料定额结构化数据的实时共享，在制造数字化平台中实现基于定额数据的车间配套及采购计划自动生成，从而可以取消各类汇总表，进一步优化定额管理流程，降低采购成本，保障AG600飞机的商业化成功。
参考文献：
[1] 刘晓冰， 黄学文， 马跃等. 面向产品全生命周期的xBOM研究[J]. 计算机集成制造系统， 2002， 8（12）： 983-987.
[2] 郭钢， 程静波， 刘飞. 产品生命周期中的单/多层BOM表示与应用[J]. 计算机集成制造系统， 2004， 10（1）： 59-64.
[3] 魏志强， 王先逵， 吴丹等. 基于单一数据源的产品BOM多视图映射技术[J]. 清华大学学报： 自然科学版， 2002， 42（6）： 802-805.
[4] 白书清， 陈继忠. 基于Windchill的多物料清单管理技术研究[J]. 计算机集成制造系统， 2009， 15（1）：153-159.
[5] 李鹏， Web环境下企业产品信息共享的若干关键技术研究[D]. 西安： 西北工业大学， 2006.
[6] 李洲洋， 田锡天， 贾晓亮等. 基于单一企业物料清单的飞机制造过程管理体系[J]. 计算机集成制造系统， 2008， 8，14（7）： 1356-1362.
[7] 王磊， 蔡红霞， 武文薇等 . 面向飞机制造行业的物料定额信息集成管理[J]. 航空精密制造技术， 2010， 2， 46（1）： 48-53.
[8] 李长庆， 飞机研制阶段物料需求管理问题及解决方案研究[J]. 内燃机与配件， 2018（13）：201-203.
[9] 刘宝红 采购与供应链管理[M].北京：机械工艺出版社，2015.
[10] 王庆林 基于系统工程的飞机构型管理[M].上海：上海科学技术出版社，2017.6
